L'atmosphère terrestre et la vie

Énoncé

Absorption des rayons UV par l'atmosphère et spectre d'absorption de l'ADN

Grâce à de nombreux instruments, appareils de détection au sol, ballons-sondes, satellites, notre atmosphère est scrutée par les scientifiques afin d'en connaître les caractéristiques et l'évolution.

Document 1. Flux solaire dans le domaine des UV-B (280-320 nm), en haut de l'atmosphère, à 30 km d'altitude et à la surface de la Terre (en noir) et estimation du même flux dans le cas d'une réduction de 10 % de la teneur en ozone stratosphérique (en rouge).

Par ailleurs, en laboratoire, on peut étudier les caractéristiques physiques des molécules et notamment la manière dont elles absorbent ou non certains rayonnements électromagnétiques.

Document 2. Spectre d'absorption de l'ADN dans le domaine des UV-B.

Questions

À partir de vos connaissances et des informations apportées par les documents, répondre aux questions suivantes :

1. Comparez les trois courbes issues de mesures (en noir) du document 1. Quelles différences observe-t-on en ce qui concerne les rayons UV-B entre le sommet de l'atmosphère et la surface de la Terre ?

2. D'après vos connaissances, que se passe-t-il qui explique ces différences ?

3. Examinez le document 2 et expliquez ce qu'il montre.

4. Grâce à vos réponses aux questions précédentes concernant les documents 1 et 2 ainsi qu'à vos connaissances, justifiez l'estimation (courbe rouge, document 1) faite de la conséquence d'une diminution de la couche d'ozone et expliquez en quoi cette diminution constituerait une menace pour les êtres vivants.

Corrigé

1. Le document montre qu'en haut de l'atmosphère, le flux solaire « contient » toutes les longueurs d'onde des UV-B, de 280 à 320 nm. Ce flux solaire en haut de l'atmosphère est le flux « initial », non modifié par l'atmosphère. En revanche, à 30 km d'altitude, ce flux est modifié, les UV-B sont d'autant moins présents dans le flux solaire que leur longueur d'onde est faible. Et en surface, les UV-B de faible longueur d'onde (280-290 nm) sont absents du flux solaire, ceux de longueur d'onde intermédiaire (290-310 nm) ne sont plus très présents (diminution de l'ordre de 10⁶ à 10² donc 1 million à cent fois moins) et ceux de faible longueur d'onde (310-320 nm) sont diminués d'un facteur dix.

2. Les UV-B sont absorbés par l'atmosphère entre son sommet et sa base (la surface) et notamment par la couche d'ozone présente dans la stratosphère entre 20 et 40 km. En effet, les UV-B sont absorbés par la molécule d'ozone O₃ et la photodissocient en une molécule de dioxygène O₂ et un atome d'oxygène libre, et ce d'autant plus qu'ils sont de longueur d'onde faible et donc d'énergie plus grande.

3. Le document montre que la molécule d'ADN absorbe certains rayons UV-B mais pas tous. Elle absorbe principalement ceux de longueur d'onde faible, mais elle est pour ainsi dire « transparente » pour les UV-B de grande longueur d'onde (310-320 nm).

4. Une couche d'ozone plus ténue absorberait moins de rayons UV et notamment moins d'UV énergétiques de faible longueur d'onde. La courbe rouge est donc une version « décalée » de la courbe de surface vers moins d'absorption des UV, notamment en ce qui concerne les UV de faible longueur d'onde qui parviendraient donc plus à la surface. Or, ce sont précisément ceux-ci qui sont le plus absorbés par l'ADN comme le montre le document 2. C'est donc ceux-ci qui sont le plus susceptibles de causer des mutations chez les êtres vivants !